Измеритель электрических свойств горных пород и руд

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель, усилитель мощности с дифференциальными входами, эталонный резистор и четырехэлектродный датчик, а также буферный усилитель дифференциального типа, каналы измерения активной и реактивной составляющих, сигйальные входы которых соединены с выходом буферного усилителя, а опорные - с выходами фазорасширителя, и компенсирующий усилитель, выход которого подключен к второму токовому электроду четырехэлектродного датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений активной и реактивной составляющих комплексной электропроводности и повыаения производительности труда путем обеспечения прямых и независимых измерений, инвертирующий вход усилителя мощности соединен с первым измерительным электродом четырех- § электродного датчика, неинвертирую (Л щий вход компенсирующего усилителя с BTopibJM измерительным электродом четырехэлектродного датчика; инвертирующий вход компенсирующего усилителя заземлен, а входы буферного уси- S лителя подключены к выводам эталонного резистора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(50 О. 01 Н 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3562001/18-21 (22) 10. 03. 8 3 (46) 15 ° 07.84. Бюл. 9 26 (72) В.И. Юзов, A.A.Ãîëîñîâ, Ю.Б.Зархин и И.В.Прейн (71) Красноярский политехнический институт (53) 621.317.735(088.8) (56) 1. Савицкий A.Ï., Юзов В.И. An. паратура для измерения электрических свойств горных пород. - В сб.:

Методы разведочной геофизики, вып. 13, Л., "Недра", 1971, с.142148.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3453929/18-21, кл. G 01 R 27/02, 7.12.82. (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель, усилитель мощности с дифференциальными входами, эталонный резистор .и четырехэлектродный датчик, а также буферный усилитель дифференциального типа, каналы измерения активной и реактивной составляющих, сигнальные входы которых соединены с выходом буферного усилителя, а опорные — с выходами фазорасширителя, и компенсирующий усилитель, выход которого подключен к второму токовому электроду четырехэлектродного датчика, отличающий с я тем, что, с целью повыаения точности измерений активной и реактивной составляющих комплексной электропроводностн и повыаения производительности труда путем обеспечения прямых и независимых измерений, инвертирующий вход усилителя мощности соединен с первым измерительным электродом четырех- Е электродного датчика, неинвертирующий вход компенсирующего усилителяс вторым измерительным электродом че тырехэлектродного датчика, инверти- 1 рующий вход компенсирующего усилителя заземпен, а входы буферного усилителя подключены к выводам эталонного резистора.

1103157 величина сопротивления об» разца между измерительными электродами; величина эталонного резисто ра.

Таким образом, данное устройство обеспечивает прямые, непосредственные измерения составляющих комплексного сопротивления измеряемого образца (2) °

Однако для многих геофизических приложений требуется знание составляющих комплексной проводимости в параллельной схеме замещения. Значения активной и реактивной составляющих проводимости могут быть получены лишь пересчетом по формулам

R x б = иЬ=

7 R +x R x где 6 и Ъ вЂ” значения активной и реакь тив ной составляющих комплексного сопротивления;

К и Х вЂ” значения активной и реактивной составляющих комплексной проводимости.

Необходимость пересчета данных снижает результирующую точность измерений и требует значительных затрат времени, что снижает общую производительность труда.

Целью изобретения является повышение точности измерений активной и реактивной составляющих комплексной электропроводности и повышение производительности труда путем обеспечения прямых и независимых измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе, содержащем последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель, усилитель мощности с дифференциальными входами, эталонный резистор и четырехэлектродный датчик, а также буферный усилитель дифференциального типа, каналы измерения активной и реактивной составляющих, сигнальные входы которых соединены с выходом буферного усилителя, а опорные — с выходами фазорасщепителя, и компенсирующий усилитель, выход которого подключен к второму токовому электроду четырехэлектродного датчика, инвертирующий вход усилителя мощности соединен с первым измерительным электродом четырехэлектродного датчика, неинвертирующий вход компенсирующего усилителя - с вторым измерительным электродом четырехэлектродного датчика, инвертирующий вход компенсирующего усилителя заземлен, а входы буферного усилителя подключены к выводам эталонного резистора. х

Н=е —

Ro где e — напряжение на входе усили;к я мощности 3 65

Из обретение относится к контрольно-измерительной техчике и может быть использовано при геофизических исследованиях электроразведочными методами.

Известно устройство, содержащее соединенные последовательно задающий генератор, фазорасщепитель, двухэлектродный датчик, схему сравнения, основной и избирательный усилители, а также два синхронных детектора, сигнальные. входы которых подключены к выходам основного усилителя, а опорные — к выходам фазорасщепителя, .выходы синхронных детекторов соединены со стрелочными нуль-индикаторами, между выходами фазорасщепителя

:и входами схемы сравнения включены схемы компенсации по двум квадратурным составляющим — активной и реактивной (1) . 20

Однако использование устройств, требующих ручной компенсации особенно по двум квадратурным составляющим, связано со значительными затратами времени, что снижает произ водитель- 25 ность труда. Кроме того, применение двухэлектродных датчиков приводит к заметным погрешностям измерений из— за влияния переходных контактов на .границе электрод-образец, особенно 30 при низкоомных образцах горных пород и руд.

Наиболее близким к предлагаемому является измеритель электрических свойств горных пород и руд, содержа- 35 щий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель, усилитель мощности, эталонный резистор и четырехэлектродный датчик с измеряемым образцом, дополнительный 4О усилитель дифференциального типа, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой эталонного резистора и четырехэлектродного датчика его вход — с вторым электродом четырех-электродного датчика, а неинвертирующий вход дополнительного усилителя через корректирующий четырехполюсник соединен с корпусом, буферный усилитель подключен своими входами к измерительным электродам четырехэлектрод-5О ного датчика, а выходом — к сигнальным входам каналов измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, причем опорные входы каналов измерения состав- 55 ляющих соединены с выходами фазорасщепителя. Напряжение U на измерительных электродах четырехэлектродного датчика приближено равно

1103157

1 /Xi 731 вл + . к, у 1 к, Введение в измеритель дополнительных связей позволяет обеспечивать прямые и непосредственные измерения

На чертеже приведена структурная схема измерителя электрических свойств горных пород и руд.

Измеритель электрических свойств ,горных пород и руд содержит последовательно соединенные задающий гене5 ратор 1, фазорасщепитель 2, усилитель 3 мощности, эталонный резистор

4 и четырехэлектродный датчик 5 с измеряемым образцом горной породы, причем инвертирующий вход усилителя

3 мощности соединен с первым измерительным электродом четырехэлектродного датчика 5, компенсирующий усили. тель б, неинвертирующий вход которого подключен к второму измерительно- 5 му электроду четырехэлектродного датчика 5, инвертирующий вход заземлен, а выход соединен с вторым токовым электродом четырехэлектродного датчика 5, буферный усилитель 7, вхо-20 ды которого соединены с выводами эталoHного резистора 4, каналы измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексной электропроводности, сигнальные входы которых подклю-25 чены к выходу буферного усилителя 7, а опорные - к выходам фазорасщепителя 2.

Устройство работает следующим образом. 30

Задающий генератор 1 вырабатывает, и подает на вход фазорасщепителя 2 сигнал с заданной частотой. С выхода фазорасщепителя .2 опорные сигналы, сдвинутые по фазе на 90, подаются на опорные входы каналов измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексной электропроводности.

Кроме того, сигнал с одного из выходов фаз зрасщепителя 2 поступает на неинвертирующий вход усилителя 3 мощности. С выхода последнего усиленный сигнал через эталонный резистор 4 поступает на первый токовый электрод четырехэлектродного датчика 5 ° Падение напряжения на эталон- ном резисторе 4 выделяется буферным усилителем 7 и подается на сигнальные входы каналов измерения активной

8 и реактивной 9 составляющих комплексной электропроводности, где соот ветственно измеряются и регистрируются каждая из составляющих. Сигналы с nepaoro и второго измерительных электродов четырехэлектродного датчи. ка 5 поступают соответственно на 55 инвертирующий вход усилителя 3 мощности и компенсирующего усилителя б, а с выхода последнего — на второй токовый электрод четырехэлектродного датчика 5. 60

При достаточно больших коэффициен тах усиления усилителя 3 мощности и компенсирующего усилителя 6 значения потенциалов Ц на первом измерительном электроде четырехэлектродного датчика 5 и U2 на втором измерительном электроде равны

0 где 8 — напряжение на неинвертирующем входе усилителя 3 мощности

Падение напряжения ц на эталонном резисторе 4 оказывается равным

U=e. Y.R,, где — значение проводимости образца горной породЫ между измерительными электродами; величина сопротивления эталонного резистора.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечиваются прямые и независимые измерения активной и реактивной составляющих комплексной электропроводности горной породы.

При конечных и равных К1 и К для усилителя 3 мощности и комйенсирующего усилителя 6 соответственно коэффициенты усиления свойства измерителя описываются системой линейных уравнений

"в х, 82 8Вых2- В

"вых,-Нвых 1 + + ъ1

O„-U„„- U /к, "а™вых2/Ка, сопротивление образца

ГОРНОЙ породы между первым токовым и первым из мер ител ь ным электродами, первым и вторым измерительными электродами, вторым измерительным и вторым токовым электродами четырехэлектродного датчика;

"ВЫхх "ВЫХ2 — ВЫХОДНЫЕ НаПРЯжЕНИЯ на выходе усилителя

:мощности 3 и компенсирующего усилителя б;

- ток через измеряемый образец.

Значение тока, протекающего через образец, Равное

К, <

I=e—

4s

+ — б—

К+1 К +ч что обеспечивает значение систематических погрешностей на уровне

1103157

Составитель Л. Сорокина

Редактор Т.Матейко Техред Т. Маточка -KoppexTop О.Тигор

Заказ 4972/33 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r,Óæãoðîä, ул.Проектная, 4 активной и реактивной составляющих электропроводности, что исключает затраты времени на их расчет по результатам измерения составляющих комплексного сопротивления, погрешности вычислений, обеспечивая тем самыи повиаение производительности труда в 1,5-2 pasa и повиаение общей точности измерений.

Кроме того, если в прототипе буферный усилитель, имеющий два высокоомных входа при высокой стабильности коэффициента усиления практически может быть реализован не менее, чем на двух высококачественных операционных усилителях, то в предлагаемом устройстве буферный усилитель должен иметь лишь один высокоомный вход, так что практически он может быть реализован на одном операционном усилителе того же типа.